Piecas jaunākās termiskās pārvaldības tehnoloģijas lāzerapstrādē

Lāzerapstrādes jomā lieljaudas lāzeri ar augstu atkārtošanās ātrumu kļūst par galveno aprīkojumu rūpnieciskajā precīzajā ražošanā. Tomēr, tā kā jaudas blīvums turpina pieaugt, termiskā pārvaldība ir kļuvusi par galveno šķērsli, kas ierobežo sistēmas veiktspēju, kalpošanas laiku un apstrādes precizitāti. Tradicionālie gaisa vai vienkāršie šķidruma dzesēšanas risinājumi vairs nav pietiekami. Inovatīvas dzesēšanas tehnoloģijas tagad veicina nozares attīstību. Šajā rakstā atklāti pieci uzlaboti termiskās pārvaldības risinājumi, kas palīdzēs jums sasniegt efektīvas un stabilas lāzerapstrādes sistēmas.

1. Mikrokanālu šķidruma dzesēšana: “asinsvadu tīkls” precīzai temperatūras kontrolei

① Tehnoloģijas princips:

Lāzera pastiprināšanas modulī vai šķiedru apvienotājā ir iestrādāti mikronu mēroga kanāli (50–200 μm). Ātrgaitas cirkulācijas dzesēšanas šķidrums (piemēram, ūdens un glikola maisījums) plūst tieši saskarē ar siltuma avotu, panākot ārkārtīgi efektīvu siltuma izkliedi ar siltuma plūsmas blīvumu, kas pārsniedz 1000 W/cm².

② Galvenās priekšrocības:

5–10 reizes labāka siltuma izkliedes efektivitāte salīdzinājumā ar tradicionālo vara bloku dzesēšanu.

Atbalsta stabilu nepārtrauktu lāzera darbību virs 10 kW.

Kompaktais izmērs ļauj integrēt miniaturizētās lāzergalvās, kas ir ideāli piemērots ražošanas līnijām ar ierobežotu vietu.

③ Lietojumi:

Pusvadītāju sānu sūknēšanas moduļi, šķiedru lāzeru kombinatori, īpaši ātri lāzeru pastiprinātāji.

2. Fāzes maiņas materiāla (PCM) dzesēšana: “termiskā rezervuāra” siltuma buferēšanai

① Tehnoloģijas princips:

Izmanto fāzes maiņas materiālus (PCM), piemēram, parafīna vasku vai metālu sakausējumus, kas cietvielu-šķidruma pāreju laikā absorbē lielu daudzumu latentā siltuma, tādējādi periodiski buferējot maksimālās termiskās slodzes.

② Galvenās priekšrocības:

Absorbē īslaicīgu maksimālo siltumu impulsa lāzera apstrādē, samazinot dzesēšanas sistēmas momentāno slodzi.

Samazina šķidruma dzesēšanas sistēmu enerģijas patēriņu līdz pat 40%.

③ Lietojumi:

Augstas enerģijas impulsa lāzeri (piemēram, QCW lāzeri), 3D drukas sistēmas ar biežiem pārejošiem termiskiem triecieniem.

3. Siltuma cauruļu termiskā izkliede: pasīva “termiskā maģistrāle”

① Tehnoloģijas princips:

Izmanto noslēgtas vakuuma caurules, kas piepildītas ar darba šķidrumu (piemēram, šķidru metālu), kur iztvaikošanas-kondensācijas cikli ātri pārnes lokalizētu siltumu pa visu termisko substrātu.

② Galvenās priekšrocības:

Siltumvadītspēja līdz pat 100 reizēm lielāka nekā varam (>50 000 W/m·K), kas nodrošina nulles enerģijas siltumizlīdzināšanu.

Nav kustīgu detaļu, nav nepieciešama apkope, un kalpošanas laiks ir līdz 100 000 stundām.

③ Lietojumi:

Lieljaudas lāzerdiožu bloki, precīzijas optiskie komponenti (piemēram, galvanometri, fokusēšanas lēcas).

4. Dzesēšana ar strūklas triecienu: augstspiediena “karstuma dzēšamais aparāts”

① Tehnoloģijas princips:

Mikrosprauslu masīvs izsmidzina dzesēšanas šķidrumu ar lielu ātrumu (>10 m/s) tieši uz siltuma avota virsmas, izjaucot termisko robežslāni un nodrošinot ekstremālu konvektīvu siltuma pārnesi.

② Galvenās priekšrocības:

Lokālā dzesēšanas jauda līdz 2000 W/cm², piemērota kilovatu līmeņa vienmoda šķiedru lāzeriem.

Augstas temperatūras zonu (piemēram, lāzerkristāla gala virsmu) mērķtiecīga dzesēšana.

③ Lietojumi:

Vienmoda augstas spilgtuma šķiedru lāzeri, nelineāra kristālu dzesēšana īpaši ātrajos lāzeros.

5. Inteliģenti termiskās pārvaldības algoritmi: mākslīgā intelekta vadītas “dzesēšanas smadzenes”

① Tehnoloģijas princips:

Apvieno temperatūras sensorus, plūsmas mērītājus un mākslīgā intelekta modeļus, lai reāllaikā prognozētu termiskās slodzes un dinamiski pielāgotu dzesēšanas parametrus (piemēram, plūsmas ātrumu, temperatūru).

② Galvenās priekšrocības:

Adaptīvā enerģijas optimizācija uzlabo kopējo efektivitāti par vairāk nekā 25 %.

Prognozējošā apkope: termiskā modeļa analīze ļauj laikus brīdināt par sūkņa avota novecošanos, kanālu aizsprostojumiem utt.

③ Lietojumi:

Industrijas 4.0 intelektuālās lāzerdarbstacijas, daudzmoduļu paralēlās lāzersistēmas.

Lāzerapstrādei attīstoties lielākas jaudas un precizitātes virzienā, termiskā pārvaldība ir attīstījusies no “atbalsta tehnoloģijas” par “galveno diferenciācijas priekšrocību”. Izvēloties inovatīvus dzesēšanas risinājumus, ne tikai pagarina iekārtu kalpošanas laiku un uzlabo apstrādes kvalitāti, bet arī ievērojami samazina kopējās ekspluatācijas izmaksas.